Оценка энергетических показателей электроплавки медно-никелевого сырья при переходе на брикетированную шихту
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
сиды меди, никеля, кобальта и железа. Но поскольку оксидов железа в шлаке больше, чем оксидов других металлов, то преимущественно будут восстанавливаться оксиды железа. Этот сплав растворяется в штейне и образуется так называемый металлизированный штейн. Взаимодействие шлака с углеродистым восстановителем может быть представлено следующими реакциями:
(MeO)шл +СО = [Ме]спл + СО2; (1.19)
С+СО2 = 2СО; (1.20)
Здесь символом Me обозначен любой из металлов: Ni, Cu, Co, Fe. Соединения, находящиеся в шлаковой фазе, заключены в круглые скобки, в штейновой и металлической - в квадратные. При прохождении капелек сплава и металлизированного штейна через шлаковый слой происходит восстановление оксидов меди, никеля и кобальта металлическим железом штейна согласно реакции:
(МеО)щл + [Fe] =[Me]спл+ (FeO)шл (1.21)
Восстановленные металлы растворяются в штейне и, реагируя с сульфидом железа, переходят в сульфидную форму согласно уравнению:
[Ме]спл + [FeS]= [MeS]шт + [Fe] (1.22)
Таким образом, при введении в шихту электроплавки коксика восстановление цветных металлов шлака осуществляется как непосредственно углеродистым восстановителем, так и металлическим железом. Причём основная масса оксидов восстанавливается металлическим железом штейна. [6]
1.1.1 Продукты электроплавки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов
Штейн электроплавки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов содержит в основном сульфиды Ni3S2, Cu2S, CoS, FeS и металлические железо, никель и кобальт. В заводских штейнах, как правило, растворено незначительное количество золота, серебра, платиноидов. Сумма цветных металлов в штейне составляет 15 - 30 %, содержание серы 25 - 27 %. Этого количества серы недостаточно для связывания в сульфидную форму всех содержащихся в штейне металлов. Из-за недостатка серы часть металлов (главным образом железо) растворена в штейне в элементарном виде или в виде оксидов типа Fe3O4.
Содержание свободных металлов в штейне зависит от состава шихты. При электроплавке необожженного сырья без добавки восстановителя в медно-никелевых штейнах дефицит серы незначителен, поэтому в них очень мало металлического железа (1-2%). При электроплавке руды и обожжённых окатышей с добавкой восстановителя содержание металлического железа в штейне составляет 8-10%.
При электроплавке сульфидных медно-никелевых руд и концентратов полнота разделения штейна и шлака зависит от разницы их плотностей. Чем больше эта разница, тем совершеннее разделение. Плотность штейнов зависит от плотности и содержания составляющих его сульфидов. Плотность твёрдых заводских штейнов обычно равна 4,6-5,0 г/см3. Плотность расплавленных штейнов несколько меньше, т.к. при расплавлении объём штейна увеличивается за iёт растворения в нём определённого количества сернистого газа.
Температура плавления штейна, как и плотность, определяется содержанием составляющих его сульфидов. Самый легкоплавкий компонент штейна Ni3S2, a самый тугоплавкий FeS. Температура плавления заводских штейнов лежит в пределах 1000-1050С. Однако из-за специфических особенностей электроплавки штейн выпускают из печи перегретым до 1150 - 1300 С.
Медно-никелевые штейны обладают высокой электропроводностью, близкой к электропроводности проводников первого рода. Абсолютное значение электропроводности штейна в твёрдом виде составляет 50 Ом-1см-1.
Выходом штейна называется количество штейна, выраженное в процентах от массы проплавленной твёрдой шихты. Выход зависит от количества серы в шихте и степени десульфуризации при плавке. Десульфуризацией называется выраженное в процентах отношение убыли массы серы при плавке к её первоначальной массе в шихте. Чем больше серы в шихте, тем больше выход штейна.
Извлечением металлов в тот или иной продукт плавки называется отношение количества металла, перешедшего в данный продукт плавки, к количеству металла, содержавшемуся в исходной шихте. При электроплавке извлечение никеля в штейн составляет 96 - 97 %, меди 95 - 97 %, кобальта 75 - 80 %. [1]
При рудной электроплавке основные физико-химические превращения происходят в шлаковой ванне: за iет ее тепла происходит плавление шихты, образование шлака и штейна и их разделение.
Оптимальный состав шлака обеспечивает минимальные потери цветных металлов, минимальный расход электроэнергии и высокую производительность печи.
В шлак переходят оксиды пустой породы шихты, оборотов и флюсов. Основу шлаков составляют: SiO2, Fе2O3, FeO, MgO, Al2O3, CaO, суммарное их количество составляет примерно 97 - 98 %. Выход шлаков составляет 70 - 112 % от массы шихты. Избыток кислотных оксидов (SiO2) делает шлаки кислыми, избыток основных (MgO, CaO, FeO) - основными.
Интервал температур между началом размягчения и жидкотекучести называется интервалом переохлаждения. Шлаки с содержанием SiO2 42 - 45 % имеют большой интервал переохлаждения, с содержанием SiO2 менее 36 % - малый.
Основные компоненты шлака влияют на температуру плавления следующим образом: повышение концентрации FeO, CaO (менее 13 %), Al2O3 (менее 10 %) снижает температуру плавления шлака; повышение концентрации SiO2, CaO (свыше 13 %), А12O3 (свыше 10 %), MgO (свыше 14 %) увеличивает температуру плавления шлака.
Теплоемкость шлака определяется теплоемкостями составляющих его компонентов. Наибольшее количество тепла требуется на нагрев высокомагнезиальных шлаков. Повышение концентраций FeO и SiO2; позволяет снизить теплоемкость шлака.
Вязкость определяет отстаивание шлака от штейна, выпуск шлака из печи и теплопереда